carbonatación concreto hidráulico
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Neutralización del Concreto
Expositor Ing. Francisco Ant. Matos Dirocié Consorcio Decoyne
¿Laoxidacióndelasbarrasdeaceroes perjudicial?
Oxidación
El acero reacciona con la humedad formándose una
capa de oxido (ferrato de calcio) que lo protege de
la corrosión, dada su baja permeabilidad.
Esta capa de pasivación puede ser rota o impedida
de su formación por la presencia de cloruros,
nitrito, gas sulfhídrico, catión amonio, óxidos de
azufre, dióxido de carbono o cuando el concreto
baja su pH por el ataque de ácidos o por
carbonatación.
¿ Cualeselmecanismodelconcreto paraprotegerelacero?
Oxidación
La capa de pasivación se mantiene para un pH
superior a 10 y menor a 13; esto para el caso del
acero usado en el concreto, cuyo potencial de
corrosión está en el orden de 0.1 a -0.4 v a 25oC.
Esta película protectora superficial es producto de
la reacción del hidróxido de calcio del concreto con
el herrumbre superficial de la armadura, formando
ferrato de calcio.
¿Quéeslacorrosióndelacero?
Corrosión
Es una interacción destructiva de un metal con
el ambiente, ya sea por reacción química o
electroquímica que provoca su oxidación y
reducción simultánea.
La corrosión es la reacción del metal con el agua
y el oxigeno para producir óxidos/hidróxidos de
hierro, un producto rojizo, voluminoso,
quebradizo y poroso (orín o herrumbre).
¿Alquedarelacerosinprotección siemprehabrácorrosión?
Factores Necesarios
Para que se produzca el fenómeno de corrosión
electroquímica deben existir los siguientes
condiciones:
Existencia de un electrolito
Existencia de una diferencia de potencial
Existencia de oxígeno
Pueden existir agentes agresivos (aceleran
la reacción)
Ánodo y cátodo
Constituyen dos zonas del acero con
diferencia potencial, estas las cuales
buscan el equilibrio a través de un flujo
de electrones de ánodo al cátodo.
El electrolito se descompone
químicamente generando un flujo de
iones que terminan corroyendo y
degradando el ánodo progresivamente.
¿Quépapeljuegalaresistividad eléctricadelconcretoenlacorrosión?
Resistividad eléctrica del concreto
El hidróxido de calcio (Porlandita) es un
compuesto altamente alcalino (pH entre
12 y 13), dando como resultado una
solución con baja resistividad eléctrica y
facilitando el flujo electrolítico entre
ánodo y cátodo que origina la corrosión
del acero. Pero en este rango de pH se
garantiza la permanencia de la capa
pasivadora que protege el acero.
Resistividad eléctrica del concreto
Esta disminuye al aumentar la humedad
del concreto.
Un concreto seco en estufa tendrá una
resistividad del orden de 109 Ωm mientras
que en este concreto húmedo será del
orden de 102 Ωm.
Resistividad eléctrica del concreto
Esta disminuirá tras un aumento en la
relación agua cemento, de la HR, de la
presencia de iones tales como Cl-, SO4--,
H+, entre otros.
La cantidad de sales disueltas
disminuyen proporcionalmente la
resistividad eléctrica.
Carbonatación
Carbonatación del concreto: En este el
dióxido o bióxido de carbono (CO2), al penetrar
en el concreto debido a su contante
movimiento se combina con el agua contenida
en los poros del concreto formando acido
carbónico, este al combinarse con los
hidróxidos del concreto da lugar a la formación
de carbonatos.
Carbonatación
Contracción por carbonatación: Es la
generada en el concreto debido a la perdida
de agua ocasionada por la formación de
carbonatos en el concreto al reaccionar el
bióxido de carbono con los hidróxidos del
concreto y por la disolución de los cristales
cálcicos.
El acido carbónico puede estar
presente en el suelo, las aguas
subterraneas y el aire (CO2).
Un 1% de cal disuelta del concreto
puede representar una disminución de
resistencia de 5%.
Carbonatación
El dióxido o bióxido de carbono (CO2)
se encuentra en el aire en proporción
de 0.03% en ambiente rural, 0.30% en
grandes ciudades y 1.8 en microclimas.
Carbonatación
La lluvia absorbe dióxido de carbono y penetra el
suelo, donde se adiciona otra porción
proveniente del acido húmico diluido por la
descomposición vegetal. El ataque de las aguas
freáticas es similar al del CO2 atmosférico de
acuerdo a la proporción en que se encuentre (10
ppm o menos).
Carbonatación
¿Lahumedaddelconcretoaumentao disminuyelavelocidadde
carbonatación?
Influencia de la humedad en la Carbonatación
Efectos de la Humedad
En casos de baja o alta humedad relativa
la carbonatación puede avanzar varios
mm por año. A mediada que el concreto
esta más seco o en contraposición
aumenta la humedad hacia la saturación,
descrece la posibilidad o velocidad de
ocurrencia.
Efectos de la Humedad
Cuando el concreto se encuentra en
condiciones de servicio que originan su
humedecimiento y secado periódico las
sales son expulsas al exterior originando
un concreto cada vez más poroso y
vulnerable. Las sales al secarse en la
superficie exterior (lixiviación) dejan
unas manchas blancas (eflorescencias).
¿Laspuzolanasreducenla carbonatación?
Adiciones El uso de adiciones puzolánicas al
disminuir el pH del concreto tienden a
aumentar la velocidad de carbonatación
al incrementarse la difusión de CO2.
Estudios realizados en Japón con
diferentes contenidos de humo de Sílice,
independientemente a que estas
redujeron la permeabilidad del concreto,
propiciaron un incremento en la
carbonatación de 100%.
Adiciones
La profundidad o espesor de carbonatación
conocida como frente de carbonatación. Se
expresa normalmente en mm o cm. En la
mayoría de los casos se trata de un valor
medio, no siempre uniforme, principalmente en
los concretos conteniendo agregados gruesos
con tamaños máximos por encima de 19 mm.
Profundidad de Carbonatación
Estimación Profundidad de Carbonatación
Estimación Podemos calcular la profundidad de
carbonatación del concreto mediante el uso de
un factor k el cual toma en cuenta los
fenomenos que influyen sobre la velocidad de
carbonatación de un concreto dado (relación
A/C, contenido de cemento, tipo de curado,
entre otros).
P = k x t
Esta fórmula esta basa en la ley de Fick, ley
que rige el comportamiento de los procesos de
difusión.
Estimación
P = k x t
Donde:
P: Profundidad de carbonatación (mm)
t: Tiempo de exposición (años)
k: constante de “calidad” del concreto (coeficiente de carbonatación)
K = 1/M (2 x D x Cs)1/2
Donde:
D: Coeficiente de difusión efectiva del CO2
Cs: Concentración de CO2 sobre la superficie externa del concreto (en
moles por unidad de volumen de aire)
M: Número de moles de CO2 necesarios para carbonatar un volumen
unitario de concreto
Estimación
Ensayos
Se puede determinar la profundidad de
carbonatación por medido de un análisis
microscópico según estándar ASTM
C856 “Petrographic examination of
hardened concrete” usando prismas de
Nicol y luz polarizada con aumento de
200 a 400x, difracción de rayos x, el uso
de reveladores colorimétricos, entre
otros.
Ensayos
Se pueden utilizar con éxito, indicadores químicos a
base de fenolftaleína, timolftaleína, o sus equivalentes
comerciales, que muestren el cambio de pH entre 8 y 9.
Cualquier determinación de esa naturaleza, tiene un
carácter destructivo, se debe evitar realizarla sobre
concretos aserrados, mojados en exceso, con polvo
depositado o con la superficie expuesta al aire por más
de 15 minutos.
Ensayos
Lo ideal es quebrar un pedazo y aplicar inmediatamente
la solución indicadora, mediante la utilización de
aspersores.
El pH de cambio de color de la fenolftaleína es de 8,2 a
9,8, debajo de esta franja es incoloro y arriba de la
franja se presenta un color violeta rojizo. El pH de
cambio de color de la timolftaleína es de 9,3 a 10,5,
debajo de esta franja es incoloro y arriba de la franja se
presenta un color azul oscuro.
Revelador: La solución se puede obtener
con 1 g de fenolftaleína o timolftaleína
disuelta en 99 g de alcohol, pudiéndose
en el caso de la fenolftaleína, preparar
una solución más práctica y económica
con 49 g de alcohol y 50 g de agua.
Ensayos
¿Conociendolaprofundidadde carbonatación,comosabercuando
alcanzaráestaelacero?
Conociendo la profundidad de
carbonatación “P” y la edad de la
estructura “t” despejamos y obtenemos el
valor de la constante de carbonatación
“k” de la siguiente expresión:
P = k x t
k = P / t
Determinado el valor del coeficiente “k”,
despejamos en la ecuación el tiempo de
exposición “t” y sustituimos la
profundidad de carbonatación “P” por el
espesor de recubrimiento “er”:
P = k x t
t = (P / k)2
t = (er / k)2
Retracción Por Carbonatación e Influencia de la Humedad Relativa
¿El concreto que ha bajado su alcalinidad podría realcalinizarse?
El concreto puede ser realcalinizado
colocando una capa de mortero alcalino
sobre este, cuando la carbonatación ha
sido limitada (<10 mm). El proceso de
difusión para la realcalinización tarda al
rededor de un semana.
Recuperación
Ensayos
Ensayos
-Algunos estudios para medir la carbonatación
están basados en realizar mediciones
comparativas entre retracción total de prismas
comparañeros (ASTM C157) en humedad
relativa entre 55 y 75% en igualdad de
condiciones, salvo que unos estarán en
contacto con aire con CO2 y otros en aire sin
CO2, la diferencia en las contracciones será
aquella producto de la carbonatación (se han
usado con éxito cámara aceleradas de
carbonatación).
Carbonatación Un concreto
carbonatado puede
aumentar
significativamente la
dureza superficial del
concreto, por la cual
algunos métodos de
ensayos pueden
arrojar datos
erróneos en cuanto a
la calidad del
concreto.
Carbonatación La resistividad eléctrica es disminuida
por efecto de la carbonatación, esto debe
ser tomado en cuanta al momento de
seleccionar la porción de la muestra a
ensayar y al analizar resultados de
algunos ensayos.
Carbonatación
???
Medidas
-Uso de concretos de baja relación agua/cemento
-Cemento con elevado contenido de C3S
-Protección contra la humedad
-Aumentar el tiempo de curado (mínimo 7 días)
-Recubrimientos de protección superficial
- Protectores de barras de acero (ACI 515)
-Mejorar el acabado superficial
-Aumento de la capa de recubrimiento del acero
Cámara Climática
Con el propósito de reproducir
microclimas las caras climáticas dan
indicios de la susceptibilidad de los
concretos a carbonatarse bajo
condiciones predeterminadas.
Cámara Climática
- En estas se acelera el proceso de
carbonatación al aumentar la
concentración de CO2 (posibilidad
hasta 7%), tomando en cuenta que el
tiempo es inversamente
proporcional a la relación de la
concentración de CO2 en ambos
ambientes:
T1xCs1 = T2xCs2
Cámara Climática
Los prismas son curados
durante 3 a 7 días, dejados al
aire durante 100 día a
temperatura de 27oC y HR de
67%, para lograr un concreto
más maduro y obtener el
equilibrio entre las condiciones
de humedad relativa y
temperatura ambiente entre el
exterior y el interior de los poros
del concreto.
Carbonatación
Carbonatación
Carbonatación
Carbonatación
Carbonatación
Muchas Gracias